Разработка технологии повышения нефтеотдачи обводненных карбонатных коллекторов месторождений Беларуси вибросейсмическим воздействием с поверхности Земли мобильными сейсмическими виброисточниками

Актуальность проблемы.

В Беларуси Припятский прогиб является единственным нефтегазоносным регионом, добыча нефти в котором ведется более 45 лет. Подавляющая часть запасов нефти (93%) приурочена к залежам, сложенным карбонатными коллекторами. В начальный период разведки в белорусском регионе были открыты самые крупные месторождения нефти, а впоследствии — относительно мелкие. Разработка последних зачастую малоили нерентабельна. В большинстве залежей гидродинамическая связь с законтурной зоной затруднена или отсутствует, что существенно осложняет их разработку и требует организации системы поддержания пластового давления заводнением. Послойная и зональная неоднородность продуктивных пластов, сложное строение емкостного пространства и наличие систем трещин различной направленности и раскрытости предопределяют неравномерную выработку запасов, преждевременное обводнение добывающих скважин по высокопроницаемым каналам фильтрации.

На текущий момент крупные месторождения, обеспечивающие основную добычу нефти (Речицкое, Осташковичское, Вишанское, Южно-Осташковичское и другие), обводнены на 70−90%, а их извлекаемые запасы выработаны на 80−85%. Остаточные запасы, сосредоточенные в основном в низкопроницаемых зонах и пропластках, относятся к категории трудноиз-влекаемых. В этих условиях поддержание добычи нефти на запланированных уровнях и продление периода нефтедобычи невозможно без применения методов увеличения нефтеотдачи (МУН).

Однако, общеизвестные МУН, в том числе физико-химические, зачастую оказываются весьма затратными и малоэффективными. Как более перспективные следует рассматривать физические, в частности, волновые МУН. Волновые воздействия инициируют высвобождение энергии из аномально-напряженных зон пластов, которая несоизмеримо больше затраченной, что приводит к перераспределению многофазных фильтрационных потоков в пласте и интенсификации притока нефти. В диссертационной работе это направление развивается путем разработки вибросейсмических МУН на базе стандартных аппаратно-технических средств, таких как сейсмические виброисточники типа СВ-18/120 (СВ-30/120) и комплексное геофизическое оборудование, применительно к обводненным карбонатным коллекторам.

Цель работы и основные задачи исследования.

Разработка технологии повышения нефтеотдачи обводненных карбонатных коллекторов месторождений Беларуси вибросейсмическим воздействием с поверхности Земли мобильными сейсмическими виброисточниками. Для достижения цели исследования поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучить механизмы низкочастотного вибросейсмического воздействия на обводненные пласты (ВСВП) с земной поверхности с целью увеличения нефтеотдачи.

2. Определить режимы ВСВП для условий месторождений Беларуси: доминантные частоты, мощность и длительность воздействия, количество требуемых виброисточников и схемы их расстановки.

3. Установить по результатам промысловых исследований технические характеристики и возможности использования колонного вибросейсмического излучателя в технологии ВСВП.

4. Разработать и внедрить комплекс высокоэффективных технических средств на базе сейсмических виброисточников типа СВ-18/120 (СВ-30/120) для реализации технологии ВСВП на месторождениях Беларуси.

5. Оценить эффективность работ и выработать рекомендации по дальнейшему развитию технологии ВСВП.

Научная новизна.

1. На базе имеющихся стандартных аппаратно-технических средств разработана технология ВСВП с поверхности Земли, предусматривающая ишишюме 1IIN ИЧЧ ¦" -m-i д" fm nm IHIB— IllUffit тПШНШПП 11 111!' ГЧ ¦"' iff ¦MHBIIUUail* наш Mia Kilt I i маишьш 6 длительные сеансы вибровоздействия в заданных режимах с регистрацией отклика обрабатываемого пласта на глубине его залегания.

2. Экспериментально установлен диапазон (10−26 Гц) доминантных частот вибровоздействия для исследованных задонских залежей месторождений Беларуси.

3. Определен минимальный период вибровоздействия (16 суток) для задонских залежей месторождений Беларуси, обеспечивающий инициирование процессов перераспределения фильтрационных потоков в заводняемом пласте, и, как следствие, снижение обводненности добываемой продукции и увеличение добычи нефти.

4. Разработана надежная и безопасная конструкция оборудования устья скважины для установки передвижного вибратора типа СВ-18/120 с целью изучения технических характеристик и возможностей использования колонного вибросейсмического излучателя в технологии ВСВП.

5. Впервые изучено влияние дополнительной статической нагрузки, эквивалентной давлению 100 м³ воды, на увеличение уровня энергии, излучаемой группой виброисточников СВ-18/120 (СВ-30/120) на доминантных частотах для задонских залежей нефтяных месторождений Беларуси.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Технология повышения нефтеотдачи обводненных карбонатных коллекторов месторождений Беларуси посредством ВСВП с поверхности Земли с использованием стандартных сейсмических виброисточников типа СВ-18/120 (СВ-30/120) и комплексного геофизического оборудования.

2. Методика определения режимов обработки продуктивного пласта и регистрации отклика на глубине его залегания при реализации вибросейсмического воздействия с поверхности Земли мобильными сейсмическими виброисточниками.

3. Конструкция оборудования устья скважины для установки передвижного виброисточника типа СВ-18/120 с целью реализации ВСВП с использованием волноводного способа доставки энергии с поверхности Земли к нефтяному пласту.

4. Результаты внедрения разработанных схем оборудования и технологии вибросейсмического воздействия на обводненные карбонатные пласты месторождений Беларуси.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

1. Разработана высокоэффективная, экологически безопасная техноЯ0-гия повышения нефтеотдачи обводненных карбонатных коллекторов месторождений Беларуси, не требующая специальной подготовки объектов разра" ботки (нефтяных залежей).

2. В промысловом эксперименте доказана возможность использован**51 в качестве волноводного устройства колонного вибросейсмического излу^^" теля, состоящего из эксплуатационной колонны ликвидированной скважиНЫ и установленного на устье этой скважины источника возбуждения упруг*1* колебаний — вибратора СВ-18/120.

3. В результате внедрения разработанной технологии по скважинам чицкого и Березинского месторождений, добывающим продукцию с обводненностью более 80%, получен положительный результат в виде дополИ11″ тельной добычи нефти в объеме 30 тыс.т.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы обсуждены на IV М^^" дународном технологическом симпозиуме «Новые технологии разработка и повышения нефтеотдачи» (г. Москва, 2005 г.), 5-й Международной научИ0-практической конференции «Освоение ресурсов трудноизвлекаемых и выс°* ковязких нефтей» (г. Геленджик, 2005 г.), технико-экономических сове1*аХ РУП «ПО „Белоруснефть“ (г. Гомель, 2005;2007 гг.), научно-техничес^оИ конференции молодых специалистов (г. Речица, 2006 г.), науч^Е310» «практической конференции «Эффективные пути поисков, разведки и ра^Л?а~ ботки залежей нефти Беларуси» (г. Речица, 2006 г.), Международной научхз:431'1 конференции «Нефтяные залежи в трещиновато-кавернозных породах дамента» (г. Вунгтау, Вьетнам, 2006 г.), II Международной научно-технической конференции молодых ученых «Проблемы энергоэффективности в нефтегазовом комплексе» (пгт. Гурзуф, Украина, 2007 г.), Международной научно-технической конференции «ГЕОПЕТРОЛЬ-2008» (г. Краков, Польша, 2008 г.), Всероссийской молодежной научной конференции «Тро-фимуковские чтения-2008» (г. Новосибирск, 2008 г.), Международной научной конференции «Актуальные проблемы геологии Беларуси и смежных территорий» (г. Минск, 2008 г.).

Публикации результатов работы.

Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, из них статей в рецензируемых отраслевых журналах и сборниках — 7, тезисов докладов научных конференций и симпозиумов — 6.

Структура и объем диссертации

.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Технология ВСВП с поверхности Земли, разработанная на базе имеющихся в наличии в РУП «ПО «Белоруснефть» стандартных аппаратно-технических средств, таких как сейсмические виброисточники типа СВ-18/120 (СВ-30/120), комплекс сейсмического оборудования АМЦ-ВСП-3−48М, комплексная каротажная скважинная аппаратура типа КСА-Т-7, позволяет определять доминантные частоты колебаний продуктивного пласта и осуществлять длительные сеансы вибровоздействия на данных частотах с регистрацией отклика обрабатываемого пласта на глубине его залегания.

Необходимым условием при реализации на нефтяных месторождениях созданной технологии вибровоздействия является наличие контрольной скважины, в которой выполняются сейсмические наблюдения и регистрация изменений акустического сигнала. Наблюдения сейсмической аппаратурой проводятся на этапе выбора приоритетных частот вибровоздействия на конкретной залежи нефти. Акустический мониторинг осуществляется во время проведения работ по технологии ВСВП с земной поверхности и служит средством обратной связи, позволяющим отслеживать реакцию пласта на вибровоздействие. Идеальным условием является задействование двух контрольных скважин, в одной из которых осуществляются сейсмические наблюдения, во второй — акустический мониторинг обрабатываемого пласта с момента первых воздействий на залежь на этапе определения приоритетных частот вибровоздействия и до окончания работ по ВСВП.

Испытания технологии в 2004;2007 годах на Березинском и Речицком месторождениях показали, что применение мобильных сейсмических виброисточников типа СВ-18/120 (СВ-30/120) не обеспечивает достаточного уровня потока сейсмической мощности, необходимого для площадного воздействия на нефтенасыщенные породы. Система, в которую входят вибраторы и присоединенная к ним масса расположенного под изучающими плитами грунта, выдает максимум энергии на частотном свип-сигнале 28−3 3 Гц. В тоже время, доминантные частоты вибровоздействия для исследованных задонских залежей месторождений Беларуси с карбонатным типом коллектора находятся в диапазоне 10−26 Гц.

Группа вибрационных источников, предназначенных для решения задач наземной сейсморазведки, с суммарным толкающим усилием порядка 45−100 тс способна эффективно решать локальные задачи технологии вибросейсмического воздействия, связанные с улучшением показателей эксплуатации единичных скважин.

Анализ экспериментальных данных по оценке влияния статической нагрузки, в качестве которой использовались две емкости по 50 м³, заполненные водой, показал ее эффективность в целях повышения мощности излучаемой вибраторами энергии с поверхности Земли. Как показали исследования, выполненные на Березинском нефтяном месторождении с привлечением специалистовОАО «Сейсмотехника», использовавших специальную контрольно-измерительную аппаратуру, амплитуда виброускорения емкостей под воздействием работающих в непосредственной близости с ними на доминантных частотах вибраторов типа СВ-18/120 составляла 0,8−1 м/с, что соответствует 8−10 тс дополнительной нагрузки от двух емкостей к реализуемой виброисточниками данного типа.

Существенным достижением, полученным при использовании двух 50-ти тонных емкостей на Березинском месторождении, является то, что их наличие позволило сместить максимум энергии, возбуждаемой группой виброисточников типа СВ-18/120 в область более низких частот, близких к доминантным частотам вибровоздействия, определенным по материалам АЧХ исследованных залежей нефти месторождений РУП «ПО «Белоруснефть».

Анализируя информацию, полученную в ходе мониторингов акустического шума в контрольных скважинах Речицкого и Березинского месторождений, можно предположить, что неустойчивый характер шумов с высокоамплитудными сбросами и подъемами до 15 у.е., регистрируемых на начальных этапах работ по ВСВП, отражал многоуровневые перераспределения энергии нефтяных залежей, находящихся в напряженном вследствие их длительной разработки состоянии. Последующая стабилизация регистрируемых шумов на уровне до 10% для Березинского и до 22% для Речицкого месторождений выше фонового, может свидетельствовать о переходе залежей нефти на новые более высокие уровни собственных колебаний, произошедшем вследствие продолжительных воздействий на них на доминантных частотах. Проводимая после стабилизации уровня дальнейшая обработка глубокозалегающих пластов с постоянной величиной возмущающего усилия с поверхности от 4−6 маломощных виброисточников не позволяла влиять на установившиеся в них фильтрационные процессы.

Необходимо отметить, что стабилизация уровня шума в период вибровоздействия на Березинском месторождении наступила на 14-е сутки после начала работ, на Речицком месторождении и во время работ в 2005 году и при повторных работах в 2006 году — на 16-е сутки. Можно констатировать, что длительность работ по ВСВП равная 16 суткам является минимально необходимым периодом работы вибраторов на пункте возбуждения для задонских залежей месторождений Беларуси, чтобы в нефтепродуктивном пласте произошли изменения, следствием которых может быть снижение обводненности продукции и повышение его нефтеотдачи.

Результаты экспериментальных работ по опробованию колонного вибросейсмического излучателя, состоящего из эксплуатационной колонны ликвидированной скважины и установленного на устье этой скважины вибратора СВ-18/120, в качестве источника возбуждения упругих колебаний показали, что возможности воздействия на глубокозалегающие продуктивные комплексы пород созданного КВИ весьма ограничены.

Сопоставление амплитуд сейсмической записи от виброисточника, расположенного на грунте и КВИ показало, что энергия излучения при возбуждении широкополосных свип-сигналов на уровне нефтяного пласта значительно выше (в 2−6 раз в зависимости от номинальной мощности) от вибратора, установленного на грунте. Данный факт можно объяснить, если предположить, что распространение упругих колебаний, в случае использования созданного КВИ, по зацементированной колонне происходило практически с такой же скоростью, как и по осадочному чехлу при воздействии на грунт. При этом виброисточник передавал энергию упругих колебаний в осадочную толщу через поверхностную часть обсадной колонны, имеющую незначительную площадь поперечного сечения по сравнению с площадью излучающей плиты вибратора при установке ее на грунт. Получить большие амплитуды перемещений колонны и цементного моста в интервале глубин 1910;2437 м, не представлялось возможным, в силу ограниченности мощности используемого генератора колебаний — вибратора СВ-18/120.

Следует отметить, что созданная специально для проведения работ с КВИ обвязка устья скважины для установки виброисточника типа СВ-18/120 (СВ-30/120) непосредственно на эксплуатационную колонну показала свою надежность и безопасность использования. Данное техническое решение планируется применять при дальнейших работах по совершенствованию технологии ВСВП.

Опираясь на полученные результаты многогранных испытаний на протяжении 2004;2007 годов технологии ВСВП, были сделаны следующие выводы и рекомендации дальнейшего ее развития в условиях месторождений РУП «ПО «Белоруснефть»:

1. Технология ВСВП с поверхности Земли, разработанная на базе имеющихся в наличии в РУП «ПО «Белоруснефть» стандартных аппаратно-технических средств, позволяет определять доминантные частоты колебаний продуктивного пласта и осуществлять длительные сеансы вибровоздействия на данных частотах с регистрацией отклика обрабатываемого пласта на глубине его залегания.

2. Доминантные частоты вибровоздействия для исследованных задонских залежей месторождений Беларуси с карбонатным типом коллектора, установленные в результате анализа материалов скважинных наблюдений, находятся в диапазоне 10−26 Гц.

3. Группа вибрационных источников, предназначенных для решения задач наземной сейсморазведки, с суммарным толкающим усилием порядка 45−100 тс способна эффективно решать локальные задачи технологии вибросейсмического воздействия, связанные с улучшением показателей эксплуатации единичных скважин.

4. Использование дополнительной статической нагрузки, в качестве коо торой использовались две емкости по 50 м, заполненные водой, позволят повысить уровень энергии, излучаемой группой виброисточников типа СВ-18/120 (СВ-30/120) на доминантных частотах для задонских залежей нефтяных месторождений РУП «ПО «Белоруснефть».

5. Минимальный период вибровоздействия для задонских залежей месторождений Беларуси, необходимый для инициирования процессов переформирования путей фильтрации флюида в пласте, следствием которых при использовании на залежи системы ППД путем закачки воды может быть снижение обводненности добываемой продукции и увеличение добычи нефти, составляет 16 суток.

6. Наблюдавшиеся при производстве работ по ВСВП на Речицком месторождении перемены в показателях эксплуатации и характеристиках флюидов, добываемых скважинами 19² и 40, указывают на то, что низкочастотное вибровоздействие с поверхности Земли в поле нестационарного заводнения залежи способно изменять гидродинамику пластовой системы, вероятнее всего, за счет перераспределения напряженно-деформированного состояния геосреды в пластах-коллекторах, находящихся в длительной эксплуатации. Подтверждение этому и зафиксированные комплексной скважин-ной геофизической аппаратурой динамические процессы в околоствольной зоне контрольной скважины 38, приведшие к интенсификации притока нефти из пласта в ствол скважины и росту уровня жидкости в нем.

7. В результате внедрения разработанной технологии ВСВП по скважинам Речицкого и Березинского месторождений, добывающим продукцию с обводненностью более 80%, получен положительный результат в виде дополнительной добычи нефти в объеме 30 тыс.т.

8. Анализ опытно-промысловых испытаний технологии ВСВП и сопоставление полученного результата с эффективностью работ в других регионах бывшего СССР, позволяет говорить об избирательности данной технологии повышения нефтеотдачи пластов и не возможности прогнозирования результата.

9. В ходе планирования работ по вибровоздействию при выборе пунктов возбуждения на месторождении необходимо учитывать текущую нефте-насыщенность обрабатываемых залежей и, по возможности, осуществлять воздействие на участках локализации остаточных запасов нефти.

10. С целью снижения влияния поверхностных условий на работу вибраторов на пунктах возбуждения необходимо разработать технологию предварительной подготовки площадки для вибровоздействия (разравнивание, увлажнение, возможно, подсыпка специального грунта).

11. Перед проведением работ по ВСВП целесообразно проводить специальную техническую доработку стандартных сейсмических виброисточников типа СВ-18/120 (СВ-30/120) таким образом, чтобы они обеспечивали максимальный уровень излучаемой энергии в диапазоне частот 10−26 Гц.

12. Во избежание наложения побочных эффектов на результаты применения технологии ВСВП необходимо на время выполнения работ исключать проведение ГТМ в скважинах и внедрение других методов увеличения нефтеотдачи, закачку с целью ППД воды в залежь поддерживать на постоянном уровне.

13. Технологию ВСВП группой из 5−6 маломощных наземных виброисточников можно рекомендовать для кратковременных воздействий на око-лоскважинные области отдельных добывающих или нагнетательных скважин, у которых затруднена гидродинамическая связь с пластом для улучшения фильтрационных характеристик. Другим направлением реализации данного подхода может быть применение вибросейсмического воздействия как.

I 14 I .!

II II.

ПИЛ! І элемента комплексной технологии, например, при работах по изоляциг -«^Д во~ допритока для эффективной закачки химического агента в обводнивис-лгиися коллектор с целью полного исключения фильтрации в нем воды.

14. Исследовательские работы по изучению технических свой<—~~тв и возможностей использования КОЛОННОГО вибросейсмического излучат С-=ЛЯ в технологии ВСВП с поверхности Земли показали, что возможности во~-?Деи" ствия на глубокозалегающие продуктивные комплексы пород созда! КВИ весьма ограничены. зіного.

15. Для кардинального решения проблемы увеличения уровня эне^ доставляемой к пласту и повышения эффективности вибровоздействияс гии, необходимо применение специальных технических средств, адаптированы-к технологии вибросейсмического воздействия на нефтяной пласт. В этой! связи рассматривается возможность изготовления в перспективе разработать-сз:ого совместно со специалистами ОАО «Сейсмотехника» специального комгг-П1=г*^кса оборудования для технологии ВСВП с использованием для доставки эне? тщ=хг?гии к пласту специальных волноводных конструкций, максимально изолир"^*" -азанных от эксплуатационной колонны. Данный комплекс позволит передав ать энергию от места ее излучения с поверхности к месту приема на глу<

5ине нефтяного пласта с минимальными потерями на прохождение многокх*^ло" метровой толщи осадочных образований.